[發明專利]壓電液致動彈性膜位置電反饋式兩級伺服閥及其控制方法

有效

• 申請號: 201210408792.7
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102878139A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 佟志忠;李松晶;張振;曾文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F15B13/02
• 分類號: F15B13/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種壓電液致動彈性膜位置電反饋式兩級伺服閥及其控制方法，屬于微流體控制領域。

背景技術

小流量控制應用以及微流體控制領域的伺服閥是一種重要的小、微流量調控元件，其性能是決定流體高精度控制應用的關鍵。現有的小、微流量控伺服閥多采用噴嘴擋板式伺服閥，雖然該伺服閥具有精度高、響應速度較快等優點，但噴嘴加工精度高、成本貴，而且實際工作中可能存在高頻嘯叫，進而使得彈簧管組件失效，進而可靠性差。實際上，小、微流量調控領域應用的伺服閥動態特性要求適中而穩定性要求突出，所以開發出一種綜合性能較好、成本低、新型的伺服閥具有重要的研究意義和廣泛的應用價值，為此本發明提出一種壓電液致動彈性膜位置電反饋式兩級伺服閥。

發明內容

本發明是為了解決現有的小、微流量控伺服閥可靠性差的問題，從而提供一種壓電液致動彈性膜位置電反饋式兩級伺服閥及其控制方法。

壓電液致動彈性膜位置電反饋式兩級伺服閥，它包括主閥體、導閥體和伺服閥控器；

所述主閥體內設置有一號固定阻尼孔、位移傳感器、二號固定阻尼孔、滑閥腔體和五號流道；

導閥體內設置有一號可變節流口、二號可變節流口、壓電液制動彈性膜組件、一號流道、二號流道、三號流道和四號流道；

滑閥腔體內置有一號平衡彈簧、滑閥和二號平衡彈簧；滑閥腔體側壁上設置有出液口、一號進出液口、二號進出液口和進液口；

滑閥是由第一閥芯、第二閥芯、第三閥芯和一根位于閥芯中心的連接桿構成，所述第一閥芯、第二閥芯、第三閥芯通過一根位于閥芯中心的連接桿連接；滑閥的第一閥芯、第二閥芯和第三閥芯將滑閥腔體分成四個互不連通的區域，分別為區域一、區域二、區域三和區域四，其中，區域一是滑閥腔體的內壁和第一閥芯之間的區域，區域二是第一閥芯和第二閥芯之間的區域，區域三是第二閥芯和第三閥芯之間的區域，區域四是第三閥芯和滑閥腔體的內壁之間的區域；所述滑閥能夠在滑閥腔體內做直線往復運動；

一號平衡彈簧位于區域一內，其兩端分別壓在滑閥腔體的內壁和第一閥芯的側壁上；二號平衡彈簧位于區域四內，其兩端分別壓在第三閥芯的側壁和滑閥腔體的內壁上；

在一號平衡彈簧與二號平衡彈簧正常狀態下，滑閥的第一閥芯覆蓋在一號進出液口，滑閥的第二閥芯覆蓋在出液口，滑閥的第三閥芯覆蓋在進液口；

滑閥腔體的區域一通過一號流道與一號可變節流口連通，一號可變節流口通過四號流道與二號進出液口連通；

滑閥腔體的區域四通過二號流道與二號可變節流口連通，二號可變節流口通過三號流道與進液口連通；

滑閥腔體的區域四通過二號固定阻尼孔分別與五號流道和進液口連通；

滑閥腔體的區域一通過一號固定阻尼孔與五號流道連通；

壓電液制動彈性膜組件位于一號可變節流口和二號可變節流口之間，用于控制一號可變節流口和二號可變節流口內液體阻力的變化，所述壓電液制動彈性膜組件內設置有壓電片，該壓電片通過導線與伺服閥控器連接；

位移傳感器位于二號平衡彈簧中心桿的外側，二號平衡彈簧中心桿與伺服閥控器之間，用于采集滑閥閥芯的位移信號，并將所獲得的位移信號發送給伺服閥控器，伺服閥控器輸出控制信號給壓電液制動彈性膜組件內的壓電片；

主閥體與導閥體固接為一體，導閥體中的壓電液制動彈性膜組件通過控制信號線與伺服閥控器連接。

壓電液致動彈性膜位置電反饋式兩級伺服閥的控制方法，該方法的實現過程為：

由外部輸入設備輸入滑閥的閥芯位移信號給伺服閥控器，伺服閥控器根據該位移信號產生電流激勵信號給壓電液制動彈性膜組件的壓電片，壓電片發生形變，其形變程度與激勵電流大小近似成正比；

當輸入激勵電流為正電流時，壓電片將產生向一號彈性模所在方向的變形，使得壓電液致動彈性膜組件產生向一號彈性模所在方向的位移；

當輸入激勵電流為負電流時，壓電片將產生向二號彈性模所在方向的變形，使得壓電液致動彈性膜組件產生向二號彈性模所在方向的位移；

位移傳感器實時采集滑閥的閥芯的實際位移信號，并將該位移信號發送至伺服閥控器，伺服閥控器將該位移信號與由外部輸入設備輸入滑閥的閥芯位移信號相比較得出偏差信號，伺服閥控器根據所述偏差信號輸出激勵電流至壓電液制動彈性膜組件的壓電片，調整滑閥閥芯的位置，直到所述偏差信號趨近于零。